prizma (optika)

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu
Putanja zraka u trouglastoj prizmi

Prizma , optička prizma je tijelo napravljeno od homogenog materijala, providno za optičko zračenje , ograničeno ravnim površinama koje reflektiraju i prelamaju svjetlost, koje se nalaze pod strogo određenim uglovima jedna prema drugoj[1] . Za prizme koje se koriste u optičkim uređajima koristi se optičko staklo s različitim indeksima prelamanja , ovisno o vrsti i namjeni prizme. Optičke prizme su podijeljene u tri velike i jasno različite klase namjene: spektralne prizme (refrakcijske ili disperzivne prizme za razlaganje svjetlosti u spektar ), reflektirajuće prizme (za promjenu smjera svjetlosti) i polarizacijske prizme (za dobivanje linearno polarizirane svjetlosti). Izrađuju se uglavnom od stakla , kvarca , fluorita , litijum fluorida , kalijum bromida i drugih supstanci [2] .

Putanja zraka u trouglastoj prizmi

Najjednostavniji tip prizme je trokutasta prizma, odnosno tijelo koje je geometrijska figura prizme s dvije trokutaste osnove i tri bočne strane u obliku pravokutnika .

Na slici je prikazan presjek trouglaste prizme s ravninom koja je paralelna s njenim osnovama. Legenda: - ugao otklona, - ugao prelamanja [3] prizme, - upadni uglovi zraka koji ulazi kroz bočnu stranu prizme i zraka koji izlazi kroz njenu drugu bočnu stranu, Da li su uglovi prelamanja ove dve zrake, respektivno. Na ovoj slici, materijal prizme je optički gušći medij od okoline, jer je upadni ugao dolaznog zraka veći od ugla njegovog prelamanja. Odnosno, relativni indeks loma ovog materijala je više od jedan, označavamo ga ... Najjednostavnija formula za ugao otklona dobija se ako pretpostavimo da su ugao prelamanja prizme i upadni ugao ulaznog snopa mali [4] . Tada će i ugao biti mali , što znači da će i uglovi biti mali ... Prema zakonu prelamanja svjetlosti :

S obzirom da je zbir uglova četvorougla i uzimajući to u obzir :

Dakle, pri malom upadnom kutu dolaznog snopa, imamo približnu formulu za ugao otklona:

Ova formula je također važna jer se može koristiti za izvođenje ovisnosti žižne daljine tankog sočiva o polumjerima njegovih površina, dok se tanko sočivo zamjenjuje trokutastom prizmom i primjenjuje se formula za ugao otklona [5 ] .

U slučaju proizvoljnog ugla prelamanja prizme i upada ulaznog snopa, i ako je apsolutni indeks loma materijala prizme , i njeno okruženje - , sličnim rasuđivanjem može se dobiti formula [6] :

Vrste prizmi

Disperzione prizme

Disperzione prizme se koriste u spektralnim instrumentima za prostorno odvajanje zračenja različitih talasnih dužina.

  • Jednostavna trokutasta prizma - prizma sa uglom prelamanja a = 60 °.
  • Browning-Rutherfordova prizma - prizma koja se sastoji od dvije identične pomoćne prizme sa malim uglom prelamanja, napravljene od krune, i jedne glavne prizme od kremena.
  • Abbeova prizma je vrsta disperzione prizme s konstantnim otklonom, koja se zasniva na trokutu sa uglovima od 30°, 60° i 90°.
  • Amichi prizma je refraktivna prizma zalijepljena od tri trokutaste prizme, od kojih su dvije izrađene od visokodisperznog krunastog stakla, a srednja je izrađena od kremenog stakla niske disperzije.
  • Littrow prizma - prizme s uglom prelamanja od 30°, čija je stražnja površina prekrivena reflektirajućim slojem srebra, tako da zrake prelaze prizmu dva puta u suprotnim smjerovima.
  • Cornu prizma je prizma koja je spoj na optičkom kontaktu dvije pravokutne prizme isječene od lijevog i desnog kvarca.
  • Pellin-Broca prizma je vrsta disperzione prizme, koja se sastoji od četverostranog staklenog bloka u obliku desne prizme s uglovima od 90°, 75°, 135° i 60° na krajevima.

Reflektirajuće prizme

Reflektirajuće prizme se koriste za promjenu putanje zraka, promjenu smjera optičke ose, promjenu smjera vidne linije, za smanjenje ukupnih dimenzija uređaja. Reflektirajuće prizme se klasificiraju prema nekoliko kriterija:

  • broj refleksija u prizmi
  • prisustvo ili odsustvo "krova"
  • priroda dizajna prizme
  • ugao savijanja optičke ose

Također, posebnu nišu među reflektirajućim prizmama zauzimaju kompozitne prizme - koje se sastoje od nekoliko dijelova razdvojenih zračnim prazninama. Neke od rasprostranjenih prizmi imaju svoja imena.

Naziv prizme je označen sa dva ili tri slova i brojem sa crticom. Prvo slovo označava broj reflektirajućih lica (odraza) u prizmi. ("A" - jedan, "B" - dva, "C" - tri, itd.). "Krovom", konvencionalno, smatra se jedno lice i za njegovo označavanje stavljaju indeks "k" nakon prvog slova. (na primjer, Ak, Bk) Preostalo slovo označava prirodu strukture. ("R" - jednakokraki, "P" - pentaprizma, "U" - polupentaprizma, "S" - rombični, "M" - tip daljinomjera, "L" - Lemannova prizma). Brojevi napisani crticom označavaju ugao optičke ose. (0°, 90°, 180°). Na primjer, "VkR-45 °" je jednakokračna prizma s tri reflektirajuća ruba i krovom, sa krivinom od 45 ° u osi.

Kompozitne prizme su specificirane svojim vlastitim nazivima i uglovima savijanja. Na primjer, "A-0°" je Abbeova prizma, "Bk-90°" je cipela prizma sa krovom, "K-0°" je kockasta prizma.

Polarizirajuće prizme

Odbojne prizme

Prizme u obliku klina koriste se za odbijanje snopa svjetlosti pod fiksnim uglom. Par takvih prizmi može se koristiti za upravljanje snopom ; rotacijom prizmi, snop se može skrenuti do bilo kojeg željenog ugla u konusnom "vidnom polju". Najčešći je par Risleyovih prizmi [7] . Dvije klinaste prizme se također mogu koristiti kao anamorfni par za preoblikovanje grede. Ovo se koristi za proizvodnju kružnog snopa iz eliptičnog na izlazu laserske diode .

Dijamantske prizme se koriste za bočno pomicanje svjetlosnog snopa bez invertiranja slike.

Palubne prizme su korišćene na jedrenjacima za obezbeđivanje dnevne svetlosti ispod palube [8] jer svijeće i kerozinske lampe mogu biti zapaljive na drvenim brodovima.

Priča

Trouglasta prizma raspršuje svjetlost

Poput mnogih osnovnih geometrijskih pojmova, riječ prizma je grčkog porijekla ( grčki πρίσμα ). Termin je prvi put korišten u Euklidovim počecima . Euklid je definisao pojam u Knjizi XI kao "čvrsta figura ograničena sa dve suprotne, jednake i paralelne ravni, dok su ostale paralelograme", međutim, devet narednih izjava koje koriste taj termin uključivalo je primere prizmi sa trouglastom bazom (tj. sa stranicama koje su nisu bili paralelogrami) [9] . Ovo neslaganje izazvalo je zabunu među kasnijim geometrima [10] [11] .

René Descartes je staklom ili vodom vidio svjetlost podijeljenu na dugine boje [12] , iako je porijeklo boje nepoznato. Eksperiment Isaaca Newtona iz 1666. prenošenjem bijele svjetlosti kroz prizmu pokazao je da sve boje već postoje u svjetlosti, sa višebojnim " telešicama " koje se šire i kreću se različitim brzinama kroz prizmu. Tek kasnije su Yang i Fresnel kombinovali Njutnovu teoriju čestica sa Hajgensovom teorijom talasa da bi objasnili kako boja nastaje iz svetlosnog spektra.

Njutn je došao do svog zaključka propuštajući crvenu boju iz jedne prizme kroz drugu i otkrio da se boja nije promenila. Iz ovoga je zaključio da boje već moraju biti prisutne u upadnoj svjetlosti – tako prizma nije stvarala boje, već je jednostavno razdvajala boje koje su već bile tamo. Također je koristio sočivo i drugu prizmu da pretvori spektar natrag u bijelo svjetlo. Ovaj eksperiment je postao klasičan primjer metodologije uvedene tokom naučne revolucije .

Newton je detaljno ispitao disperziju svjetlosti u prizmi u svojoj knjizi " Optika" [13] . Također je uveo upotrebu više od jedne prizme za kontrolu disperzije [14] . Njutnov opis njegovih eksperimenata u rasipanju svetlosti prizmama bio je kvalitativan. Kvantifikacija disperzije više prizma nije bila potrebna sve do uvođenja ekspandera laserskog snopa s više prizma 1980-ih [15] .

vidi takođe

Bilješke (uredi)

  1. Foto kinematografija, 1981 , str. 251.
  2. Prokhorov A.M. (glavni urednik) Fizička enciklopedija. Referentno izdanje. - M.: Sovjetska enciklopedija, 1988-1998
  3. Myakishev G. Ya., Bukhovtsev B. B. Fizika: Udžbenik. za 10 cl. srijeda shk. - 9. izd. - M .: Obrazovanje , 1987.-- S. 132.-- 319 str.
  4. Landsberg G.S. §86. Refrakcija u prizmi // Udžbenik za osnovnu fiziku. - 13. ed. - M .: Fizmatlit , 2003. - T. 3. Oscilacije i valovi. Optika. Atomska i nuklearna fizika. - S. 231-232. - 656 str. - ISBN 5922103512 .
  5. Landsberg G.S. §88. Refrakcija u sočivu. Fokusi sočiva // Osnovni udžbenik fizike. - 13. ed. - M .: Fizmatlit , 2003. - T. 3. Oscilacije i valovi. Optika. Atomska i nuklearna fizika. - S. 236-242. - 656 str. - ISBN 5922103512 .
  6. Savchenko N.E. Rješavanje problema u fizici. Vodič za kandidate za univerzitete. - Minsk: Viša škola, 1977. - S. 208-210. - 240 str.
  7. Duncan, BD (2003). „Širokugaono upravljanje snopom akromatske prizme za primjene infracrvenih protumjera” . Opt. inž . 42 (4): 1038-1047. Bibcode : 2003OptEn..42.1038D . DOI : 10.1117 / 1.1556393 .
  8. Loenen, Nick. Izgradnja drvenog čamca: Kako izgraditi jedrilicu klase Dragon . - FriesenPress, februar 2012 .-- ISBN 9781770974067 .
  9. Elementi : knjiga 11, Def 13 i Prop 28, 29, 39; i knjiga 12, rekvizit 3, 4, 5, 7, 8, 10
  10. Thomas Malton. Kraljevski put do geometrije: Ili, jednostavan i poznat uvod u matematiku. ... Tomasa Maltona. .... - autor, i prodano, 1774. - Str. 360–.
  11. James Elliot. Ključ za kompletan traktat o praktičnoj geometriji i mjerenju: koji sadrži pune demonstracije pravila .... - Longman, Brown, Green, and Longmans, 1845. - P. 3–.
  12. James Gleick. Isaac Newton. - Vintage, 8. lipnja 2004. - ISBN 1400032954 .
  13. Opticks . - Kraljevsko društvo. - ISBN 0-486-60205-2 .
  14. Boje dvije vrste - naracija fizike . Institut za fiziku. Datum tretmana: 13.04.2021.
  15. FJ Duarte i JA Piper (1982). “Teorija disperzije ekspandera zraka s više prizma za impulsne lasere na boji”. Opt. Commun . 43 (5): 303-307. Bibcode : 1982OptCo..43..303D . DOI : 10.1016 / 0030-4018 (82) 90216-4 .

Književnost

Linkovi